栅格、矢量结构在空间数据融合中的技术及应用

栅格、矢量结构在空间数据融合中的技术及应用1引言

由于GIS软件的多样性，每种软件都有自己特定的数据模型，造成数据存储格式和结构的不同。从数据结构上来说，矢量和栅格是地理信息系统中两种主要的空间数据结构。在数据的使用过程中，由于数据来源、结构和格式的不同，需要采用一定的技术方法，才能将他们合并在一起使用，这就产生了数据的融合问题。

2栅格、矢量数据结构的概念

基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，是指将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式；而矢量数据结构是基于矢量模型，利用欧几里得（EUCLID）几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体的空间分布。

3栅格数据之间的融合

在数字制图中和GIS工程中，经常用到不同来源、不同精度、不同内容的栅格图像数据进行复合而生成新的栅格图像。目前使用的各种多源图像处理与分析系统为栅格型地理信息系统的实现开辟一条新的途径,可实现栅格数据的各种融合。而在数字制图中，多源栅格图像数据之间的融合已经非常普遍。

4矢量数据之间的融合

矢量数据是GIS和数字制图中最重要的数据源。目前很多GIS软件都有自己的数据格式，每种软件都有自己特定的数据模型，而正是这些软件的多样性，导致矢量数据存储格式和结构的不同。要进行各系统的数据共享，必须对多源数据进行融合。矢量数据之间的融合是应用最广泛的空间数据融合形式，也是空间数据融合研究的重点。目前对矢量数据的融合方法有多种，其中最主要的、应用最广泛的方法是先进行数据格式的转换即空间数据模型的融合，然后是几何位置纠正，最后是重新对地图数据各要素进行的重新分类组合、统一定义。

4.1数据模型的融合

由于各种数据格式各有自己的数据模型，格式转换就是把其他格式的数据经过专门的数据转换程序进行转换，变成本系统的数据格式，这是当前GIS软件系统共享数据的主要办法。如Arc/Info和MapInfo之间的融合，需要经过格式转换，统一到其中的一种空间数据模型。该方法一般要通过交换格式进行。许多GIS软件为了实现与其他软件交换数据，制订了明码的交换格式，如Arc/Info的E00格式、ArcView的Shape格式、MapInfo的Mif格式等。通过交换格式可以实现不同软件之间的数据转换。在这种模式下，其他数据格式经专门的数据转换

程序进行格式转换后，复制到当前系统中的数据中。目前得到公认的几种重要的比较常用的空间数据格式有：ESRI公司的Arc/Info Coverage、ArcShape Files、E00格式；AutoDesk的DXF格式和DWG格式；MapInfo的MIF格式；Intergraph 的dgn格式等等。

4.2几何位置纠正

对于相同坐标系统和比例尺的数据而言，由于技术、人为或者经频繁的数据转换甚至是由于不同软件的因素，数据的精度会有差别。在融合过程中，需要进行几何位置的统一。如对精度要求不高，为了提高工作效率，在允许范围内，应该以当前系统的数据精度为准，对另一种或几种数据的几何位置进行纠正。如为了获得较高的精度，应以精度高的数据为准，对精度低的数据进行纠正。

4.3地图数据要素重新统一定义

融合后的空间矢量数据，应重新对要素分层、编码、符号系统、要素取舍等问题进行综合整理，统一定义。

数据转换模式的弊病是显而易见的，由于缺乏对空间对象统一的描述方法，转换后很难完全准确地表达原数据的信息，经常性地造成一些信息丢失，如Arc/Info数据的拓扑关系，经过格式转换后可能已经不复存在了。

5矢量数据和栅格数据的融合

空间数据的栅格结构和矢量结构是模拟地理信息的截然不同的两种方法。过去人们普遍认为这两种结构互不相容。原因是栅格数据结构需要大量的计算机内存来存储和处理，才能达到或接近与矢量数据结构相同的空间分辨率，而矢量结构在某些特定形式的处理中，很多技术问题又很难解决。栅格数据结构对于空间分析很容易，但输出的地图精确度稍差；相反矢量数据结构数据量小，且能够输出精美的地图，但空间分析相当困难等等。目前两种格式数据的融合已变得可能而且在广泛应用。在GIS工程中，很多的GIS系统已经集成化，能够对矢量和栅格结构的空间数据进行统一管理。而在数字制图中，两种数据结构的融合也在广泛应用。

5.1栅格图象与线划矢量图融合

这是两种结构数据简单的叠加，是GIS里数据融合的最低层次。如遥感栅格影像与线划矢量图叠加，遥感栅格影像或航空数字正射影像作为复合图的底层。线划矢量图可全部叠加，也可根据需要部分叠加，如水系边线、交通主干线、行政界线、注记要素等等，目前的核心要素DLG与DOM套合的复合图已逐渐成为一种主流的数字地图。

5.2遥感图像与DEM的融合

这是目前生产数字正射影像地图DOM常用的一种方法。在JX4A、VIRTUOZO等数字摄影测量系统中，利用已有的或经影像定向建模获取的DEM，对遥感图像进行几何纠正和配准。因为DEM代表精确的地形信息，用它来对遥感、航空影像进行各种精度纠正，可以消除遥感图像因地形起伏造成图像的像元位移，提高遥感图像的定位精度；DEM还可以参与遥感图像的分类，在分类过程中，要收集与分析地面参考信息和有关数据，为了提高分类精度，同样需要用DEM对数字图像进行辐射校正和几何纠正。

6结束语

GIS是上世纪60年代才发展起来的一门新技术，由于发展水平较低，很多技术都不太成熟，如建设成本过高、实用性不强、理论研究滞后等。特别是建设成本高居不下，严重影响GIS的发展前景。由于GIS处理的数据对象是空间对象，有很强的时空特性，周期短、变化快，具有动态性；而获取数据的手段也复杂多样，这就形成多种格式的原始数据，再加上GIS应用系统很长一段时间处于以具体项目为中心孤立发展状态中，很多GIS软件都有自己的数据格式，造成GIS在基础图形数据的共享与标准化方面严重滞后，这是制约GIS发展的一个主要瓶颈。以目前的发展水平，各种空间数据的融合是GIS降低建设成本最重要的一种办法，但其中很多的技术问题还需要解决，还需要进一步深入研究。

参考文献

[1]黄杏元，马劲松，汤勤.地理信息系统概论.高等教育出版社，2001.12

[2]邬伦，张晶，赵伟.地理信息系统.电子工业出版社，2002.5

[3]陆守一，唐小明，王国胜.地理信息系统实用教程（第2版）.中国林业出版社，2000.1